增效尿素及其制备方法与流程

本发明涉及增效尿素，尤其涉及含聚琥珀酰亚胺组合营养物质的增效尿素和该增效尿素的制备。

背景技术：

1、尿素作为农业肥料的重要组成部分，可以用作生长期追肥、缓释氮肥、复(混)合肥等多种形式进行施用，也可以在水肥一体化中作为水溶性氮肥施用，能够在农作物生长的关键时期补充亟需的氮营养。但是，尿素的氮利用率并不高，主要原因在于尿素易受环境中土壤微生物、酶、化学物质的综合影响而造成与植物营养需求不匹配的情况。因此，为提高尿素氮的利用率，自2000年起各大尿素生产企业通过添加多种增效物质对尿素产品进行升级，诸如多肽尿素、增值尿素、腐殖酸尿素等在市场上从占据一席之地逐渐占据主体。随着应用推广的深入进行，发现这些升级尿素产品仍是存在一些弊端，如增效效果不明显、性价比偏低、作用单一等等。由于尿素作为中国新型肥料的开河之作，本身具有较强的可塑造性，故而开发能够显著提高氮利用率的增效尿素，仍是尿素产品的主要发展方向之一，需要科研工作者不断努力。

技术实现思路

1、通过对现有增效尿素存在的不足进行系统分析与试验，本发明创新性地将聚琥珀酰亚胺用作尿素增效原料中的稳定和促进惰性微量元素活化的组分，提供了一种由聚琥珀酰亚胺与其它物质配伍得到的增效尿素。

2、本发明的增效尿素，主要由基础尿素原料和增效原料反应制得，所述增效原料包括稳定和促进惰性微量元素活化的组分，所述稳定和促进惰性微量元素活化的组分包括由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺和由天冬氨酸经磷酸催化法制得的聚琥珀酰亚胺。

3、聚琥珀酰亚胺是天冬氨酸或马来酸铵或富马酸铵的聚合物，其分子结构中存在环状的酰胺键结构，可以与酸或者碱进行反应获得新的产物，因此聚琥珀酰亚胺在农业肥料方面将具有很大的应用前景。根据聚琥珀酰亚胺的结构推论与试验发现，聚琥珀酰亚胺可以直接应用于尿素产品，发挥增效原料作用的同时，还能不引入其他非必需离子物料对尿素增效的抑制，在此基础上再进一步添加其他养分，得到更好的尿素增效性能。

4、聚琥珀酰亚胺的来源不同，表现出不同的增效效果。由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺对于尿素的增效主要体现在对氮素的保护和对低浓度氮素的促进利用方面。首先在对氮素的保护方面，主要是通过桥接、运输和促进吸收的方式，具体以与氮素链接形成不易流失的形式、转运土壤和土壤水溶液中氮素增其转运速率的形式以及促进根系发育增加吸收面积的形式等。其次是对低浓度氮素的利用促进方面，由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺能够刺激作物，提高氮素转化方面的酶活性，使得作物在环境氮素浓度偏低的情况下依然能产生高效利用。

5、在本发明的增效尿素中，由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺不仅是最主要的增效原料，还发挥着连接物质的作用，即聚琥珀酰亚胺的环状酰胺结构可以同时与酸碱进行反应，与酸性或碱性物质分别反应后打开不同的位点，使后续物质能够与主体链进行连接，激活惰性微量元素、并对活性金属元素进行稳定，使作物能更有效利用；具体表现为聚琥珀酰亚胺与尿素连接后，以共价键形式存在，形成少量的游离氨和单酰胺类，对惰性微量元素有很好的溶解和稳定作用；同时，该结构中存在着不同稳态的氮素，可以有效的调整氮素的释放速率，从而提高其利用效率。

6、由其他制备方法获得的聚琥珀酰亚胺在功能性方面可以与热聚法互补：由天冬氨酸经磷酸催化法获得的聚琥珀酰亚胺，分子量比较大，结构密实度较高，在经过初步分解后能实现对氮素的增效，因此在氮肥施用后的后期会发挥较好的效果；同时由于磷酸催化法聚琥珀酰亚胺的分子结构较为紧促，其保水效果得到很大提升，能够增加土壤中水分的含量，从而有助于氮素利用率的提高。而由马来酸铵或富马酸铵经热聚法获得的聚琥珀酰亚胺，由于其结构的特殊性，比较容易被微生物所降解，因此在氮肥使用后的初期效果比较明显，但对整体效果意义不大。综上所述，应用的最佳方案是以由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺为中心，辅助使用由天冬氨酸经磷酸催化法制得的聚琥珀酰亚胺进行定向的补充，从而对尿素氮素的增效起到更好的作用。

7、作为对上述技术方案的限定，由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺的加入量占增效尿素总质量的0.05～0.5％，由天冬氨酸经磷酸催化法制得的聚琥珀酰亚胺的加入量占增效尿素总质量的0.05～0.3％。

8、作为对上述技术方案的限定，由天冬氨酸经磷酸催化法制得的聚琥珀酰亚胺的选用标准为：要求以磷酸计的总磷含量≤12％，其中聚合态磷占总磷的比例≥80％。

9、进一步限定热聚法和磷酸催化法聚琥珀酰亚胺在增效尿素中的加入量，发挥更好的增效效果。

10、作为对上述技术方案的限定，增效原料还包括提供金属类微量元素的组分、提供非金属类微量元素的组分和生物刺激剂。

11、作为对上述技术方案的限定，所述提供金属类微量元素的组分选用金属氧化物，金属氧化物的加入量占增效尿素总质量的0.01～0.2％，要求金属氧化物的选用标准为氯离子含量<0.01％；

12、所述金属氧化物包括氧化锌、一氧化锰、氧化铁、氧化亚铜和氧化钴中的至少一种。

13、作为对上述技术方案的限定，所述提供非金属类微量元素的组分选用非金属氧化物，非金属类氧化物的加入量占增效尿素总质量的0.05～0.15％；

14、所述非金属氧化物包括硼酸盐、硒酸盐、硅酸盐、钼酸盐中的至少一种。

15、作为对上述技术方案的限定，所述生物刺激剂选用木醋液、竹醋液、氨基酸、黄腐酸、海藻酸、壳聚糖中的至少一种，生物刺激剂占增效尿素总质量的0.1～0.3％；

16、其中氨基酸为工业纯品，包括甘氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸中的一种或几种，要求不可使用由动物源蛋白、植物源蛋白或微生物源蛋白经降解形成的复合型氨基酸粉剂或者液体；

17、黄腐酸为矿源黄腐酸，纯度不低于70％；

18、海藻酸为提纯后的产品，纯度不低于90％；

19、壳聚糖需使用聚合度4～10的小分子产品，纯度不低于90％；

20、竹醋液、木醋液为单一品种的竹或木提取产品。

21、进一步限定增效尿素可添加的其它营养组分及要求，获得更好的复配性能和养分平衡性能。

22、此外，本发明还提供了如上所述增效尿素的制备方法，是在基础尿素原料合成熔融态脲液(尿素生产过程中，在造粒前对于熔融状态的物料统称为脲液，下同)后的两次蒸发过程，先向脲液加入由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺与提供金属类微量元素的组分，待充分反应形成透明熔融态液体后，再加入由天冬氨酸经磷酸催化法制得的聚琥珀酰亚胺与生物刺激剂和提供非金属类微量元素的组分，混匀后造粒，得到增效尿素。

23、作为对上述技术方案的限定，所述由天冬氨酸经热聚法制得的聚琥珀酰亚胺、提供金属类微量元素的组分均以喷粉形式添加于一次蒸发之前的脲液中。

24、作为对上述技术方案的限定，所述由天冬氨酸经磷酸催化法制得的聚琥珀酰亚胺、生物刺激剂、提供非金属类微量元素的组分均以液体形式添加于一次蒸发之后、二段蒸发之前的脲液中。

25、本发明增效尿素，能够显著提高氮利用率、稳定和促进惰性微量元素的活性化、减少不同元素之间的拮抗作用，从而有助于研发和生产含有多元素的新型增效尿素。具体表现为：首先，尿素中的氮素为多种类型共同组成，既有速效性的铵态氮和酰胺态氮，又含有一定的有机态氮，其组成符合大部分作物对氮素的需求规律，因此其中的氮素利用率得到明显的提高；其次本发明利用分段加入结合反应激活的方式使得金属与非金属养分元素能够有效的连接在主体结构中，增强了尿素对中微量元素的补充，也能对土壤中的被固定元素具有一定的激活作用。